JP2011040716A - 露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定方向に沿って台形状の光強度分布を有する照明領域を感光性基板上に形成し、該照明領域のボケ幅の大きさを所要の範囲内で変更する。
【解決手段】 所定のパターン（Ｍ）を照明する照明系（１〜７）を備え、パターンを感光性基板（Ｗ）に露光する露光装置は、照明系の光路中に配置されてパターンの面と光学的に共役な共役面を形成する結像光学系（７：７ａ，７ｂ）と、感光性基板上に形成される照明領域の第１方向（Ｙ方向）に沿った光強度分布を台形状に整形するために、共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る遮光部材（６）と、照明領域において台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域の幅を変化させるために、共役面と遮光部材の遮光面との位置関係を変更する制御部（ＣＲ）とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関するものである。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。

従来、投影光学系に対してマスクおよびウェハを相対移動させつつマスクのパターンをウェハに投影露光（走査露光）する走査型の露光装置が知られている。走査型の露光装置では、走査方向（ウェハの移動方向）に沿って短辺を有する矩形状の照明領域（投影領域）がウェハ上に形成される。ウェハ上の各ショット領域（露光領域）における走査方向に沿った露光量制御の精度を向上させるために、矩形状の照明領域での走査方向に沿った光強度分布を台形状に設定する技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。

非特許文献１に提案された技術では、照明光学系の光路中においてウェハ（ひいてはマスク）と光学的に共役な位置に配置された照明視野絞りの作用により、ウェハ（ひいてはマスク）上に形成される照明領域の外形形状を矩形状に設定している。また、照明視野絞りから光軸方向に僅かに間隔を隔てて配置されて照明光束の一部を遮る遮光部材の作用により、矩形状の照明領域における走査方向に沿った光強度分布を台形状に設定している。

Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995) pp. 6565-6572, Kazuaki Suzuki et al., "Dosage Control for Scanning Exposure with Pulsed Energy Fluctuation and Exposed Position Jitter"

照明視野絞りの近傍に配置された遮光部材により矩形状の照明領域での走査方向に沿った光強度分布を台形状に整形する非特許文献１に記載の従来技術では、台形の斜辺に対応する端部領域の走査方向に沿った幅（以下、「ボケ幅」という）を必要に応じて十分に狭く設定することが困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所定方向に沿って台形状の光強度分布を有する照明領域を感光性基板上に形成し、該照明領域のボケ幅の大きさを所要の範囲内で変更することのできる露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、所定のパターンを照明する照明系を備え、前記パターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記照明系の光路中に配置されて前記パターンの面と光学的に共役な共役面を形成する結像光学系と、
前記感光性基板上に形成される照明領域の第１方向に沿った光強度分布を台形状に整形するために、前記共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る遮光部材と、
前記照明領域において前記台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域の幅を変化させるために、前記共役面と前記遮光部材の遮光面との位置関係を変更する制御部とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第２形態では、所定のパターンを照明し、照明された前記パターンを感光性基板に露光する露光方法において、
前記感光性基板上に形成される照明領域の第１方向に沿った光強度分布を台形状に整形するために、照明光路中において前記パターンの面と光学的に共役な共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る第１工程と、
前記照明領域において前記台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域の幅を変化させるために、前記光束の一部を遮る遮光面と前記共役面との位置関係を変更する第２工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第３形態では、第１形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の第４形態では、第２形態の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明では、例えば照明視野絞りの直後に配置された遮光部材を用いて光束の一部を遮ることにより、感光性基板上に形成される照明領域の所定方向に沿った光強度分布を台形状に整形する。そして、パターン面と光学的に共役な共役面と、遮光部材が光束の一部を遮る遮光面との位置関係を変更することにより、照明領域において台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域のボケ幅を変化させる。具体的には、共役面と遮光面とを互いに近づけることにより、ボケ幅を減少させる。

こうして、本発明では、所定方向に沿って台形状の光強度分布を有する照明領域を感光性基板上に形成し、この照明領域のボケ幅の大きさを所要の範囲内で変更することができる。その結果、本発明では、製造すべきデバイスのパターンの種類に応じて照明領域のボケ幅の大きさを適宜変更することにより、良好な照明条件の下でパターンの正確な転写を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 １回の走査露光動作を説明する図である。 ウェハ上に形成される照明領域の光強度分布を示す図である。 照明領域の＋Ｙ方向側の端部領域の各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布を示す図である。 照明領域の−Ｙ方向側の端部領域の各点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６に関する瞳強度分布を示す図である。 本実施形態の第１手法を説明する図であって、（ａ）はボケ幅を比較的広く設定する様子、（ｂ）はボケ幅を比較的狭く設定する様子を示している。 本実施形態の第２手法を説明する図であって、（ａ）はボケ幅を比較的広く設定する様子、（ｂ）はボケ幅を比較的狭く設定する様子を示している。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの表面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出されたほぼ平行な光束は、周知の構成を有するビーム送光系１に入射する。

ビーム送光系１に入射した光束は、所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、ビーム形状可変部２を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）３に入射する。ビーム送光系１は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつビーム形状可変部２へ導くとともに、ビーム形状可変部２へ（ひいてはマイクロフライアイレンズ３へ）入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

ビーム形状可変部２は、回折光学素子２ａ、変倍光学系（不図示）などを含み、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロフライアイレンズ３の後側焦点面に形成される実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。回折光学素子２ａは、入射光束の光束断面形状を異なる光束断面形状に変換する光学素子である。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。

マイクロフライアイレンズ３は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズ３ａからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。一般に、マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。

なお、マイクロフライアイレンズ３として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、たとえば米国特許第６，９１３，３７３号公報、米国特許公開第２００８／００７４６３１号公報、米国特許公開第２００８／０２２５２５６号公報および米国特許公開第２００８／０２２５２５７号公報に開示されている。ここでは、米国特許第６，９１３，３７３号公報、米国特許公開第２００８／００７４６３１号公報、米国特許公開第２００８／０２２５２５６号公報および米国特許公開第２００８／０２２５２５７号公報の教示を参照として援用する。

具体的に、マイクロフライアイレンズ３を構成する各微小レンズ３ａは、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の断面を有する。すなわち、マイクロフライアイレンズ３は、ＸＺ平面に沿って二次元的に並列配置された多数の波面分割要素（微小レンズ）３ａを有するオプティカルインテグレータである。各波面分割要素３ａは、Ｚ方向に沿った短辺およびＸ方向に沿った長辺を有する矩形状の波面分割面（各微小レンズの入射側の微小屈折面）を有する。

マイクロフライアイレンズ３に入射した光束は多数の波面分割面により二次元的に分割され、光束が入射した各波面分割要素３ａの後側焦点面またはその近傍には小光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ３の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち多数の小光源からなる実質的な面光源（瞳強度分布）が形成される。以下、説明の理解を容易にするために、マイクロフライアイレンズ３の直後の照明瞳には、光軸ＡＸを中心とした円形状の瞳強度分布が形成されるものとする。

マイクロフライアイレンズ３を経た光は、コンデンサー光学系４を介して、マスクブラインド５を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド５には、マイクロフライアイレンズ３の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド５の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、マスクブラインド５の直後に配置された遮光部材６、および前側レンズ群７ａと後側レンズ群７ｂとからなる結像光学系７を介して、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。

すなわち、結像光学系７は、マスクブラインド５の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。結像光学系７の瞳面はマイクロフライアイレンズ３の後側焦点面またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な位置にあり、結像光学系７の瞳面の照明瞳にも円形状の瞳強度分布が形成される。遮光部材６は、マスクブラインド５の開口部を通過した光束の一部をＺ方向に沿った両側から遮るように構成され且つ配置されている。遮光部材６の具体的な作用については後述する。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（ウェハＷ上の照明領域）にパターン像が形成される。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内において、Ｙ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。具体的には、図２に示すように、Ｘ方向に細長い矩形状の静止露光領域ＥＲは、１回の走査露光（スキャン露光）によりウェハＷの矩形状の１つのショット領域ＳＲにマスクＭのパターンを転写する際に、図中実線で示す走査開始位置から図中破線で示す走査終了位置までＹ方向に移動する。

本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ３により形成される二次光源を光源として、照明光学系（照明系：１〜７）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（１〜７）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

なお、瞳強度分布とは、照明光学系（１〜７）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ３による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ３の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。

図１の露光装置では、上述したように、マスクブラインド５の矩形状の開口部を経た光束が、遮光部材６によりＺ方向に沿った両側から部分的に遮られた後、結像光学系７を介してマスクＭを重畳的に照明する。その結果、図３に示すように、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域（静止露光領域）４１のＸ方向（マスクブラインド５におけるＸ方向に対応）に沿った光強度分布４１ｘは矩形状（強度がほぼ一定なトップハット状）になり、Ｙ方向（マスクブラインド５におけるＺ方向に対応：マスクＭおよびウェハＷの走査方向）に沿った光強度分布４１ｙは台形状になる。

すなわち、遮光部材６は、マイクロフライアイレンズ３の直後の照明瞳に円形状の瞳強度分布を形成した光束の一部をＺ方向に沿った両側から遮ることにより、照明領域４１のＹ方向に沿った光強度分布４１ｙを台形状に整形する機能を有する。このため、照明領域４１において光強度分布４１ｙの台形の斜辺に対応する端部領域４１ａ，４１ｂに関する瞳強度分布が部分的に欠損し、例えば光軸ＡＸを通る軸線に関して非対称な形状になる。瞳強度分布の欠損の度合いは、照明領域４１の端部領域４１ａ，４１ｂにおいてＹ方向の端へ近づくほど大きくなる。

具体的に、＋Ｙ方向側の端部領域４１ａよりも僅かに中央領域寄りの点Ｐ１に入射する光は、遮光部材６により遮られることがない。したがって、点Ｐ１に入射する光が結像光学系７の瞳面の照明瞳に形成する瞳強度分布は、図４の左側の図に示すように、全体的に円形状に分布する多数の小光源５０からなる実質的な面光源となる。すなわち、点Ｐ１に関する瞳強度分布５１は遮光部材６に起因して欠損することなく、所要の円形状の瞳強度分布が得られる。なお、図４において、水平方向は結像光学系７の瞳面におけるＺ方向に対応し、ひいてはマスクＭおよびウェハＷの走査方向に対応している。

端部領域４１ａ内において中央領域寄りの点Ｐ２に入射する光は、遮光部材６により部分的に遮られる。このため、図４の中央の図に示すように、点Ｐ２に関する瞳強度分布５２は、図４中水平方向（Ｚ方向）に沿って図４中右側から部分的に欠損し、光軸ＡＸを通り図４中鉛直方向（Ｘ方向）に延びる軸線に関して非対称な偏った形状になる。遮光部材６は、点Ｐ２に入射する光よりも、端部領域４１ａ内において端部寄りの点Ｐ３に入射する光の方を多く遮る。このため、図４の右側の図に示すように、点Ｐ３に関する瞳強度分布５３の欠損の度合いは、点Ｐ２に関する瞳強度分布５２よりもさらに大きくなる。

−Ｙ方向側の端部領域４１ｂよりも僅かに中央領域寄りの点Ｐ４に入射する光は、点Ｐ１に入射する光と同様に、遮光部材６により遮られることがない。したがって、図５の左側の図に示すように、点Ｐ４に関しても点Ｐ１と同様に、所要の円形状の瞳強度分布５４が得られる。端部領域４１ｂ内において中央領域寄りの点Ｐ５に入射する光は、点Ｐ２に入射する光と同様に、遮光部材６により部分的に遮られる。このため、図５の中央の図に示すように、点Ｐ５に関しても点Ｐ２と同様に、図５中水平方向（Ｚ方向）に沿って図５中左側（点Ｐ２の場合とは反対の側）から部分的に欠損し、光軸ＡＸを通り図５中鉛直方向（Ｘ方向）に延びる軸線に関して非対称な偏った形状の瞳強度分布５５が得られる。

遮光部材６は、点Ｐ５に入射する光よりも、端部領域４１ｂ内において端部寄りの点Ｐ６に入射する光の方をより多く遮る。このため、図５の右側の図に示すように、点Ｐ６に関する瞳強度分布５６の欠損の度合いは、点Ｐ５に関する瞳強度分布５５よりもさらに大きくなる。図４および図５を参照すると、瞳強度分布の欠損の度合いは端部領域４１ａ，４１ｂの双方においてＹ方向の端へ近づくほど大きくなるが、欠損の進む方向は端部領域４１ａと４１ｂとで逆向きであることがわかる。

また、ウェハＷ上において照明領域４１の端部領域４１ａ，４１ｂに対応する転写領域では、入射光に関する瞳強度分布が走査方向に対応する方向（Ｚ方向）に偏った形状になり、いわゆる入射光のテレセン性（１点に入射する光束の中心軸線が像形成面に対して垂直になる性質）が崩れることがわかる。その結果、例えばウェハＷの転写面（露光面）が投影光学系ＰＬの像面に対して傾くと、ウェハＷへのマスクパターンの正確な転写が困難になる。

一般に、デバイスのパターンの種類に応じて、ウェハＷ上のショット領域ＳＲへの入射光のテレセン性を重視する場合と、ショット領域ＳＲにおける照度分布の均一性を重視する場合とがある。例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造プロセスでは、照度分布の均一性よりもテレセン性の方が重要であるため、Ｙ方向（走査方向）に沿って台形状の光強度分布４１ｙを有する照明領域４１において台形の斜辺に対応する端部領域４１ａ，４１ｂのＹ方向に沿った幅、すなわち照明領域４１のボケ幅４１ｃを比較的狭く設定することが求められる。これは、テレセン性が崩れる端部領域４１ａ，４１ｂを比較的狭く設定することにより、ショット領域ＳＲに対するテレセン性の崩れの影響が小さく抑えられるからである。

これに対し、例えば、ＣＣＤの製造プロセスでは、テレセン性よりも照度分布の均一性の方が重要であるため、照明領域４１のボケ幅４１ｃを比較的広く設定することが求められる。これは、光源ＬＳのパルス毎の発光出力に変動があっても、比較的広く設定されたボケ幅４１ｃを有する端部領域４１ａ，４１ｂの平均化効果により、ショット領域ＳＲにおける照度分布が走査方向に沿って均一化されるからである。

非特許文献１に記載の従来技術では、結像光学系（図１の結像光学系７に対応）および投影光学系（図１の投影光学系ＰＬに対応）を介してウェハＷと光学的に共役な位置が固定的であり、この共役な位置に照明視野絞り（図１のマスクブラインド５に対応）が固定的に配置されている。また、照明視野絞りは機構的に複雑であるため、仮に遮光部材（図１の遮光部材６に対応）を光軸方向に移動可能に構成しても、照明視野絞りとの機械的干渉の制限により照明視野絞りに対して遮光部材を十分に近づけることが困難であり、ひいては照明領域のボケ幅を必要に応じて狭く設定することが困難であった。

ところで、従来、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）の変更に応じて、遮光部材を光軸方向に移動させる技術が知られている。この従来技術では、例えば比較的大きな外径の瞳強度分布に基づく大σ照明から比較的小さな外径の瞳強度分布に基づく小σ照明への変更に伴って、遮光部材を光軸方向に所要距離だけ移動させて照明視野絞りと遮光部材との間隔を増大させることにより、照明領域のボケ幅をほぼ一定に維持している。このように、従来技術では、瞳強度分布の外径を小さく設定しない限り、照明領域のボケ幅を十分に狭くすることができなかった。

そこで、本実施形態の露光装置は、結像光学系７を介してマスクＭのパターン面と光学的に共役な共役面と、遮光部材６が光束の一部を遮る遮光面との位置関係を変更する制御部ＣＲを備えている。制御部ＣＲは、共役面と遮光面との位置関係を変更することにより、ウェハＷ上に形成される照明領域４１において台形状の光強度分布４１ｙの斜辺に対応する端部領域４１ａ，４１ｂのボケ幅４１ｃを変化させる。以下、本実施形態の手法を具体的に説明する。

図６は、本実施形態におけるボケ幅制御の第１手法を説明する図である。図６（ａ）では、結像光学系７を介してマスクＭのパターン面Ｐａと光学的に共役な共役面Ｐｂの位置に照明視野絞りとしてのマスクブラインド５が配置され、マスクブラインド５から所定距離だけ間隔を隔てて遮光部材６が配置されている。この状態では、共役面Ｐｂと遮光部材６の遮光面６ａとの間の光軸ＡＸに沿った間隔は比較的大きく、ひいてはウェハＷ上に形成される照明領域４１のボケ幅４１ｃは比較的広い。

なお、ボケ幅４１ｃを図６（ａ）に示す状態よりも大きくしたい場合には、制御部ＣＲからの指令にしたがって、遮光部材６を＋Ｙ方向へ所要距離だけ移動させれば良い。この場合、遮光部材６の＋Ｙ方向への移動距離の増大に応じて、ボケ幅４１ｃは単調に増大する。ただし、マスクブラインド５は機構的に複雑であるため、マスクブラインド５との機械的干渉の制限により遮光部材６を図６（ａ）に示す状態から−Ｙ方向へ移動させることはできないものとする。

図６（ｂ）では、図６（ａ）に示す状態から共役面Ｐｂを＋Ｙ方向へ移動させ、ひいては共役面Ｐｂを遮光部材６の遮光面６ａに近づけている。共役面Ｐｂを＋Ｙ方向へ移動させるには、制御部ＣＲからの指令にしたがって、結像光学系７を構成する複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズを光軸ＡＸ方向に移動させれば良い。例えば、結像光学系７の前側レンズ群７ａの少なくとも１つの正レンズを＋Ｙ方向へ移動させると、共役面Ｐｂは遮光面６ａへ近づく。この場合、共役面Ｐｂと遮光面６ａとの間の光軸ＡＸに沿った間隔が小さくなるほど、ウェハＷ上に形成される照明領域４１のボケ幅４１ｃが狭くなる。

このように、本実施形態の第１手法では、結像光学系７を構成する複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズを光軸ＡＸ方向に移動させて、共役面Ｐｂを遮光面６ａへ近づけることにより、共役面Ｐｂと遮光面６ａとの間隔の減少に応じて照明領域４１のボケ幅４１ｃを減少させることができる。結像光学系７中のレンズを移動させる第１手法では、従来技術のような機械的干渉の制限を受けることなく、所要の距離まで共役面Ｐｂを遮光面６ａへ近づけることができ、ひいてはボケ幅４１ｃを所要の値まで狭くすることができる。

図７は、本実施形態におけるボケ幅制御の第２手法を説明する図である。図７（ａ）では、図６（ａ）に示す状態と同様に、パターン面Ｐａと光学的に共役な共役面Ｐｂの位置にマスクブラインド５が配置され、マスクブラインド５から所定距離だけ間隔を隔てて遮光部材６が配置されている。この場合、ウェハＷ上に形成される照明領域４１のボケ幅４１ｃは比較的広く、遮光部材６の＋Ｙ方向への移動距離の増大に応じてボケ幅４１ｃは単調に増大する。

図７（ｂ）では、制御部ＣＲからの指令にしたがって、図７（ａ）に示す状態からマスクブラインド５と遮光部材６とを一体的に−Ｙ方向へ移動させ、ひいては遮光部材６の遮光面６ａを共役面Ｐｂに近づけている。この場合も、遮光面６ａと共役面Ｐｂとの間の光軸ＡＸに沿った間隔が小さくなるほど、照明領域４１のボケ幅４１ｃが狭くなる。

このように、本実施形態の第２手法では、遮光部材６を光軸ＡＸ方向に移動させて、遮光面６ａを共役面Ｐｂへ近づけることにより、遮光面６ａと共役面Ｐｂとの間隔の減少に応じて照明領域４１のボケ幅４１ｃを減少させることができる。遮光部材６を光軸ＡＸ方向に移動させる第２手法においても、従来技術のような機械的干渉を受けることなく、所要の距離まで遮光面６ａを共役面Ｐｂへ近づけることができ、ひいてはボケ幅４１ｃを所要の値まで狭くすることができる。

本実施形態では、照明視野絞りとしてのマスクブラインド５の直後に配置された遮光部材６を用いて光束の一部を遮ることにより、ウェハＷ上に形成される照明領域４１のＹ方向に沿った光強度分布４１ｙを台形状に整形している。そして、マスクＭのパターン面Ｐａと光学的に共役な共役面Ｐｂと、遮光部材６が光束の一部を遮る遮光面６ａとの位置関係を変更することにより、台形状の光強度分布４１ｙの斜辺に対応する端部領域４１ａ，４１ｂのボケ幅４１ｃを変化させている。

本実施形態では、結像光学系７中のレンズを移動させる第１手法を用いて、遮光部材６を光軸ＡＸ方向に移動させる第２手法を用いて、あるいは第１手法と第２手法とを組み合わせて、従来技術のような機械的干渉の制限を受けることなく、共役面Ｐｂと遮光面６ａとを所要の距離まで互いに近づけることができ、ひいては照明領域４１のボケ幅４１ｃを所要の値まで狭くすることができる。こうして、本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、Ｙ方向に沿って台形状の光強度分布４１ｙを有する照明領域４１をウェハＷ上に形成し、この照明領域４１のボケ幅４１ｃの大きさを所要の範囲内で変更することができる。

その結果、本実施形態では、製造すべきデバイスのパターンの種類に応じて（すなわちマスクの変更、ひいてはパターンの変更に応じて）照明領域４１のボケ幅４１ｃの大きさを適宜変更することにより、良好な照明条件の下でマスクＭのパターンのウェハＷへの正確な転写を行うことができる。例えばＣＣＤの製造プロセスでは、図６（ａ）および図７（ａ）に示す状態、すなわち照明領域４１のボケ幅４１ｃを比較的広く設定した状態で、良好な走査露光を行うことができる。例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造プロセスでは、図６（ｂ）または図７（ｂ）に示す状態、すなわち照明領域４１のボケ幅４１ｃを比較的狭く設定した状態で、良好な走査露光を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、照明視野絞りとしてのマスクブラインド５の直後に遮光部材６を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、照明視野絞りの直前に遮光部材を配置することもできる。照明視野絞りの直前に遮光部材を配置したものは、たとえば米国特許第６，６０８，６６５号公報の図１０〜図１５に開示されている。一般に、遮光部材は、感光性基板上に形成される照明領域の所定方向に沿った光強度分布を台形状に整形するために、結像光学系を介してパターン面と光学的に共役な共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る機能を有する。

また、上述の実施形態において、照明視野絞りとみなすことができるマスクブラインド５として、たとえば米国特許第５，４７３，４１０号公報に開示される可動ブレードＢＬ₁〜ＢＬ₄や、米国特許第６，６０８，６６５号公報に開示される可動遮光板３８，３９を用いることができる。また、遮光部材６として、たとえば米国特許第６，６０８，６６５号公報に開示される固定型レチクルブラインド４２，５２や、米国特許公開第２００７／００１４１１２号公報に開示される可変スリット装置１００を用いることができる。
ここでは、米国特許第５，４７３，４１０号公報、米国特許第６，６０８，６６５号公報および米国特許公開第２００７／００１４１１２号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ３の直後の照明瞳に円形状の瞳強度分布が形成される照明、すなわち円形照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、円形照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布が形成される複数極照明（２極照明、４極照明など）などの変形照明に対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。

また、上述の実施形態において、ビーム形状可変部２はファーフィールドに円形状、輪帯状または複数極状の光強度分布を形成するために回折光学素子を備えているが、この回折光学素子に代えて、あるいは加えて、たとえば米国特許公開第２００９／００７３４１１号公報、米国特許公開第２００９／００９１７３０号公報、米国特許公開第２００９／０１０９４１７号公報、米国特許公開第２００９／０１１６０９３号公報および米国特許公開第２００９／０１８５１５４号公報に開示される空間光変調器を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００９／００７３４１１号公報、米国特許公開第２００９／００９１７３０号公報、米国特許公開第２００９／０１０９４１７号公報、米国特許公開第２００９／０１１６０９３号公報および米国特許公開第２００９／０１８５１５４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがってウェハの各露光領域にパターンをスキャン露光する露光装置に対して、本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがってウェハのショット領域にパターンを逐次露光する露光装置に対して、必要に応じて本発明を適用することができる。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図８は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。

図９は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。

ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。

ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。

１ ビーム送光系
２ ビーム形状可変部
３ マイクロフライアイレンズ
４ コンデンサー光学系
５ マスクブラインド
６ 遮光部材
７ 結像光学系
ＬＳ 光源
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
ＡＳ 開口絞り
Ｗ ウェハ
ＣＲ 制御部

Claims (13)

1. 所定のパターンを照明する照明系を備え、前記パターンを感光性基板に露光する露光装置において、
   前記照明系の光路中に配置されて前記パターンの面と光学的に共役な共役面を形成する結像光学系と、
   前記感光性基板上に形成される照明領域の第１方向に沿った光強度分布を台形状に整形するために、前記共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る遮光部材と、
   前記照明領域において前記台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域の幅を変化させるために、前記共役面と前記遮光部材の遮光面との位置関係を変更する制御部とを備えていることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記端部領域の幅を減少させるために、前記共役面と前記遮光面とを互いに近づけることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記結像光学系を構成する複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動させて、前記共役面を前記遮光面へ近づけることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記遮光部材を光軸方向に移動させて、前記遮光面を前記共役面へ近づけることを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
5. 前記照明系の光路中に配置されて前記感光性基板上に形成される前記照明領域の外形形状を規定する視野絞りを備え、前記制御部は、前記遮光部材を前記視野絞りと一体的に光軸方向に移動させることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、該投影光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を前記第１方向に対応する走査方向に沿って相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板へ投影露光することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記遮光部材は、前記遮光面において前記走査方向に対応する方向に沿って前記光束の一部を両側から遮ることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 所定のパターンを照明し、照明された前記パターンを感光性基板に露光する露光方法において、
   前記感光性基板上に形成される照明領域の第１方向に沿った光強度分布を台形状に整形するために、照明光路中において前記パターンの面と光学的に共役な共役面の近傍の面に沿って光束の一部を遮る第１工程と、
   前記照明領域において前記台形状の光強度分布の斜辺に対応する端部領域の幅を変化させるために、前記光束の一部を遮る遮光面と前記共役面との位置関係を変更する第２工程とを含むことを特徴とする露光方法。
9. 前記第２工程では、前記パターンの種類に応じて前記光束の一部を遮る前記遮光面と前記共役面との前記位置関係を変更することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
10. 前記第２工程では、前記端部領域の幅を減少させるために、前記共役面と前記遮光面とを近づけることを特徴とする請求項８または９に記載の露光方法。
11. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
12. 請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
13. 前記所定のパターンを別のパターンに変更するパターン変更工程をさらに備え、
    前記第２工程では、前記パターンの変更に応じて前記光束の一部を遮る前記遮光面と前記共役面との前記位置関係を変更することを特徴とする請求項１２に記載のデバイス製造方法。

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